楊加倫，朱寬軍，劉彬，李興宇，陳權(quán)亮，司佳鈞

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市100192;2.中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所，北京市100029; 3.成都信息工程學(xué)院，成都市610225)

電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)方法研究

楊加倫1，朱寬軍1，劉彬1，李興宇2，陳權(quán)亮3，司佳鈞1

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京市100192;2.中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所，北京市100029; 3.成都信息工程學(xué)院，成都市610225)

電網(wǎng)冰區(qū)等級(jí)劃分是電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)之一。電網(wǎng)冰區(qū)等級(jí)劃分過(guò)低，有可能導(dǎo)致輸電線路無(wú)法抵御覆冰危害，造成斷線甚至倒塔等現(xiàn)象;冰區(qū)等級(jí)劃分過(guò)高，會(huì)造成線路建設(shè)、運(yùn)維及改造成本升高，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。為了科學(xué)合理地劃分電網(wǎng)冰區(qū)等級(jí)，討論了5種電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)方法，包括經(jīng)驗(yàn)調(diào)查法、覆冰數(shù)據(jù)法、CRREL模型法、氣象參量回歸法、局地地形-氣象影響覆冰等級(jí)模型法，以及各種方法的分級(jí)步驟和使用特點(diǎn)。

輸電線路;冰區(qū)分級(jí);經(jīng)驗(yàn)調(diào)查法;覆冰數(shù)據(jù)法;CRREL模型法;氣象參量回歸法;局地地形-氣象影響覆冰等級(jí)模型法

0 引言

隨著電網(wǎng)的發(fā)展和全球極端氣候頻發(fā)，輸電線路遭受的覆冰災(zāi)害不斷加劇，覆冰影響范圍也日益擴(kuò)大，造成的損失越來(lái)越嚴(yán)重。覆冰較輕時(shí)，伴隨特定的風(fēng)和線路結(jié)構(gòu)參數(shù)等條件，可導(dǎo)致輸電線路發(fā)生舞動(dòng);覆冰較重時(shí)，可引起閃絡(luò)跳閘、金具損壞、斷線倒桿(塔)等事故［1-4］?？梢?jiàn)，正確合理地劃分電網(wǎng)冰區(qū)是輸電線路設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。冰區(qū)等級(jí)選擇過(guò)低，輸電線路弧垂小且桿塔高度低，但超載能力下降，在出現(xiàn)嚴(yán)重覆冰時(shí)容易造成斷線、倒塔等冰害事故;冰區(qū)等級(jí)選擇過(guò)高，電線運(yùn)行弧垂就會(huì)過(guò)大，桿塔較高，將會(huì)造成基建投資等的嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，科學(xué)合理地進(jìn)行電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)對(duì)增強(qiáng)電網(wǎng)抵御覆冰災(zāi)害能力，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

根據(jù)對(duì)冰災(zāi)桿塔受損原因的分析，我國(guó)電網(wǎng)按覆冰在15 mm及以下設(shè)計(jì)的線路鐵塔，在2008年的冰凍災(zāi)害中損壞比例高達(dá)損壞鐵塔總數(shù)的94%，有必要適度地提高線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［5］。隨著線路設(shè)計(jì)覆冰厚度的增加，桿塔質(zhì)量和相應(yīng)的造價(jià)也大幅增加，為提高線路抗災(zāi)能力的同時(shí)降低工程造價(jià)，相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［6-7］明確規(guī)定輕冰區(qū)宜按無(wú)冰、5 mm或10 mm覆冰厚度設(shè)計(jì);中冰區(qū)宜按15 mm或20 mm覆冰厚度設(shè)計(jì);重冰區(qū)宜按20，30，40或50 mm覆冰厚度設(shè)計(jì)。相應(yīng)的冰區(qū)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

設(shè)計(jì)冰厚確定后即可根據(jù)表1進(jìn)行冰區(qū)分級(jí)劃分，而覆冰數(shù)據(jù)是確定設(shè)計(jì)冰厚的基礎(chǔ)。輸電線路覆冰的必要?dú)庀髼l件有:空氣相對(duì)濕度在85%以上;風(fēng)速大于1 m/s;氣溫及導(dǎo)線表面溫度達(dá)到0℃以下。導(dǎo)致各地的覆冰觀測(cè)及覆冰數(shù)據(jù)積累情況差別巨大。例如，湖南等覆冰較嚴(yán)重地區(qū)的地面氣象觀測(cè)站點(diǎn)具有觀冰業(yè)務(wù)的較多(87個(gè))，其中年代序列較長(zhǎng)的有20余個(gè)站點(diǎn);而覆冰較輕地區(qū)的地面氣象觀測(cè)站點(diǎn)的觀冰業(yè)務(wù)開展較少，年代序列不長(zhǎng)。為了最大限度地利用覆冰相關(guān)數(shù)據(jù)，使冰區(qū)分級(jí)結(jié)果更加符合實(shí)際覆冰情況，應(yīng)該針對(duì)不同的覆冰數(shù)據(jù)積累情況有針對(duì)性地建立電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)方法。為此，本文討論包括經(jīng)驗(yàn)調(diào)查法、覆冰數(shù)據(jù)法、CRREL模型法、氣象參量回歸法以及局地地形-氣象影響覆冰等級(jí)模型法在內(nèi)的5種方法以及各種方法的使用特點(diǎn)，以期促進(jìn)電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

1 經(jīng)驗(yàn)調(diào)查法

經(jīng)驗(yàn)調(diào)查法［8］是指通過(guò)線路沿線氣象、地理、植被調(diào)查，結(jié)合沿線已有線路覆冰設(shè)計(jì)、運(yùn)行資料及冰災(zāi)情況等運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，最終得到電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)。經(jīng)驗(yàn)調(diào)查法主要包括氣候分析、地形海拔分析、覆冰調(diào)查、確定標(biāo)準(zhǔn)冰厚、標(biāo)準(zhǔn)冰厚修正后得到冰區(qū)分級(jí)等5個(gè)主要步驟。

(1)氣候分析。覆冰是一種天氣現(xiàn)象，氣候?qū)Ω脖兄匾饔茫绕涫歉脖陂g冷暖氣團(tuán)活動(dòng)與交替變化對(duì)覆冰量級(jí)影響重大。氣候分析主要考慮相關(guān)區(qū)域歷史寒流天氣系統(tǒng)的生成與發(fā)展，不同類型寒流路徑、影響范圍、最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間以及對(duì)覆冰的影響特性;寒流期間暖濕氣團(tuán)(水汽源)生成與發(fā)展以及對(duì)覆冰的影響特性;準(zhǔn)靜止峰生成、發(fā)展、持續(xù)時(shí)間以及對(duì)覆冰的影響特性等。

(2)地形海拔分析。覆冰一般出現(xiàn)在山地，山地地形起伏多變，覆冰隨之變化復(fù)雜。地形對(duì)覆冰有重要影響，直接決定覆冰的量級(jí)。一般隨著海拔的升高，覆冰會(huì)逐漸增加。對(duì)地形和海拔的分析內(nèi)容包括所處區(qū)域大地形位置、山脈(嶺)走向;工程區(qū)域海拔分布，迎風(fēng)坡及其坡度，背風(fēng)坡及其坡度，風(fēng)口，連續(xù)山嶺、獨(dú)立山體，山麓、山腰及山頂，河谷、山間平壩，山間盆地、底部及盆周山地等地形特性及其對(duì)覆冰的影響特性。

(3)覆冰調(diào)查。相關(guān)區(qū)域覆冰調(diào)查是經(jīng)驗(yàn)調(diào)查法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是掌握線路覆冰信息的重要途徑。調(diào)查內(nèi)容包括線路及類似區(qū)域歷史覆冰調(diào)查搜集，線路及類似區(qū)域的已建線路應(yīng)用覆冰及其覆冰運(yùn)行情況，路徑走廊微地形微氣候特殊冰區(qū)段，大覆冰期間路徑走廊覆冰查勘與觀測(cè)。

線路覆冰調(diào)查包含對(duì)路徑走廊地區(qū)的氣象、電力、電信部門以及縣志辦、民政等單位進(jìn)行覆冰調(diào)查收資;對(duì)沿線的鄉(xiāng)、村電管站，公路道班以及當(dāng)?shù)卮逭M(jìn)行實(shí)地覆冰調(diào)查以及對(duì)重冰路徑走廊進(jìn)行覆冰環(huán)境的實(shí)地踏勘。調(diào)查中，應(yīng)重視沿線調(diào)查訪問(wèn)所得覆冰資料的選擇使用，對(duì)調(diào)查覆冰資料應(yīng)進(jìn)行“去粗取精，去偽存真，由此及彼，由表及里”審查，通過(guò)對(duì)區(qū)域性的低溫、降水、冰凌、大雪天氣資料的查閱，審查其發(fā)生時(shí)間是否一致，通過(guò)對(duì)附近氣象站或觀冰站點(diǎn)實(shí)測(cè)資料和冰害情況的查閱，審查出現(xiàn)大冰凌的可能性。

(4)標(biāo)準(zhǔn)冰厚確定。一般經(jīng)調(diào)查及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得到的多為覆冰厚度，可根據(jù)式(1)或式(2)計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)覆冰厚度。

式中:b0標(biāo)準(zhǔn)冰厚，mm;ρ為實(shí)測(cè)或調(diào)查覆冰密度，g/cm3;r為導(dǎo)線半徑，mm;R為覆冰半徑(含導(dǎo)線)，mm;L為覆冰體長(zhǎng)度，m;G為冰重，g;a為覆冰長(zhǎng)徑(含導(dǎo)線)，mm;c為覆冰短徑(含導(dǎo)線)，mm。

當(dāng)有覆冰冰重?cái)?shù)據(jù)時(shí)，推薦選用式(1)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)冰厚，當(dāng)無(wú)冰重?cái)?shù)據(jù)而有覆冰長(zhǎng)短徑數(shù)據(jù)時(shí)可選用式(2)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)冰厚。覆冰密度應(yīng)綜合考慮覆冰類型以及當(dāng)?shù)馗脖匦缘群侠砉浪恪?/p>

(5)冰區(qū)分級(jí)確定。根據(jù)式(3)和式(4)將覆冰統(tǒng)一訂正為離地10 m、直徑為26.8 mm導(dǎo)線上的覆冰厚度，并經(jīng)過(guò)重現(xiàn)期修正得到設(shè)計(jì)覆冰厚度，從而根據(jù)表1中給出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行冰區(qū)分級(jí)。

式中:Z取10 m;Z0為實(shí)測(cè)或調(diào)查覆冰導(dǎo)線懸掛高度，m;α為指數(shù)，與風(fēng)速、含水量與捕獲系數(shù)有關(guān)，無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)α可取0.22。

式中:φ為設(shè)計(jì)導(dǎo)線直徑，mm，φ≤40 mm;φ0為實(shí)測(cè)或調(diào)查覆冰的導(dǎo)線直徑，mm。

2 覆冰數(shù)據(jù)法

當(dāng)某處的觀冰數(shù)據(jù)年代序列足夠長(zhǎng)(≥30年)時(shí)，可直接根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)的方法確定不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)覆冰厚度，進(jìn)而根據(jù)表1進(jìn)行冰區(qū)分級(jí)。

應(yīng)用覆冰數(shù)據(jù)法進(jìn)行冰區(qū)分級(jí)的主要步驟如下。

(1)標(biāo)準(zhǔn)冰厚計(jì)算。根據(jù)式(1)或式(2)將氣象觀測(cè)臺(tái)站的導(dǎo)線覆冰數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)冰厚。

(2)高度和線徑修正。分別根據(jù)式(3)和式(4)進(jìn)行高度修正和線徑修正，將冰厚統(tǒng)一修正為離地10 m、直徑為26.8 mm導(dǎo)線的覆冰冰厚。

(3)計(jì)算不同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)冰厚。將修正后的冰厚數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，根據(jù)概率分布模型計(jì)算不同重現(xiàn)期的冰厚。

概率分布模型采用極值Ⅰ型分布，計(jì)算公式為

式中:bT為特定重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)冰厚，mm;b為冰厚平均

n值，mm為標(biāo)準(zhǔn)方差，mm，σn-1=T為規(guī)定的重現(xiàn)期，通常取30、50或 100年;其中bi為第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)冰厚，mm;n為樣本總數(shù)。

(4)冰區(qū)分級(jí)確定。根據(jù)式(5)計(jì)算得出的不同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)冰厚和表1給出的標(biāo)準(zhǔn)，可進(jìn)行冰區(qū)分級(jí)。

3 CRREL模型法

當(dāng)觀冰數(shù)據(jù)的年代序列較短，但是具有較為詳細(xì)的歷史氣象記錄，可利用CRREL模型回算歷史覆冰

式中:Req為等效覆冰厚度，mm;N為凍雨過(guò)程的時(shí)間，h;P為過(guò)程降水率，mm/h;ρ0為水的密度，1 g/cm3;ρ為雨凇的密度，0.9 g/cm3;V為風(fēng)速，m/s;W為液態(tài)水含量，g/m3;根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式得到，W=0.067P0.846。

將收集到的氣象資料，按照是否發(fā)生凍雨(雨凇)覆冰進(jìn)行篩選，將篩選出的雨凇時(shí)段內(nèi)的降水、風(fēng)速和雨凇過(guò)程時(shí)間等參量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，降水和風(fēng)速以每h 1次的觀測(cè)為宜，如缺少每h 1次的觀測(cè)資料，可將3 h和6 h的觀測(cè)資料根據(jù)線性插值等方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化。但是，轉(zhuǎn)化必須嚴(yán)格按照雨凇發(fā)生時(shí)間進(jìn)行，雨凇發(fā)生時(shí)段外數(shù)據(jù)應(yīng)嚴(yán)格排除在計(jì)算范圍之外。

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)按照模型要求處理之后，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出液態(tài)水含量W，并通過(guò)CRREL模型計(jì)算出每h內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)冰厚的增長(zhǎng)量，雨凇發(fā)生時(shí)段內(nèi)覆冰增長(zhǎng)需逐h計(jì)算，模型計(jì)算總標(biāo)準(zhǔn)冰厚為各h冰厚之和。

(2)建立CRREL模型的訂正公式并進(jìn)行訂正。由于氣象數(shù)據(jù)的原因，需對(duì)使用人工觀測(cè)(3 h 1次和6 h 1次)氣象數(shù)據(jù)模擬得到的標(biāo)準(zhǔn)冰厚進(jìn)行訂正。訂正中應(yīng)選用具有10年以上連續(xù)導(dǎo)線覆冰觀測(cè)的氣象臺(tái)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，選取有代表性的導(dǎo)線覆冰事件進(jìn)行模擬，將模擬值和導(dǎo)線覆冰觀測(cè)值進(jìn)行比較，確定訂正關(guān)系。訂正過(guò)程中應(yīng)盡可能多地選取不同地理區(qū)域內(nèi)符合要求的氣象臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)和導(dǎo)線覆冰事件，增加訂正的可信度。

應(yīng)用CRREL模型并確定訂正公式后，將訂正公式運(yùn)用到相關(guān)地面氣象觀測(cè)站，從而確定地面氣象觀測(cè)站所在位置的歷史覆冰冰厚。

(3)高度和線徑修正。根據(jù)式(3)和式(4)進(jìn)行高度修正和線徑修正，將冰厚統(tǒng)一修正為離地10 m，直徑為26.8 mm導(dǎo)線的覆冰冰厚。

(4)冰區(qū)分級(jí)確定。將修正后的冰厚數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，根據(jù)式(5)所示的極值Ⅰ型分布計(jì)算不同重現(xiàn)期的冰厚。結(jié)合表1中的標(biāo)準(zhǔn)，即可確定相應(yīng)站點(diǎn)冰區(qū)分級(jí)。冰厚。拓展年代序列后可利用式(5)進(jìn)行各站點(diǎn)不同重現(xiàn)期冰厚計(jì)算。應(yīng)用CRREL模型法繪制冰區(qū)圖的具體步驟如下。

(1)應(yīng)用CRREL模型模擬覆冰厚度。CRREL模型［9］如式(6)所示。

4 氣象參量回歸法

當(dāng)觀冰數(shù)據(jù)的年代序列較短，但是具有較為詳細(xì)的與覆冰形成相關(guān)的氣象因子和地理因子資料時(shí)，可利用逐步回歸法建立導(dǎo)線覆冰厚度與氣象因子的回歸模型，并將確定的回歸模型運(yùn)用到本地區(qū)地面氣象觀測(cè)站的歷史觀測(cè)資料回算上，從而確定地面氣象觀測(cè)站所在位置的歷史覆冰冰厚序列。通過(guò)逐步回歸法拓展年代序列后可利用式(5)進(jìn)行各點(diǎn)不同重現(xiàn)期冰厚計(jì)算。應(yīng)用氣象參量回歸法繪制冰區(qū)圖的具體步驟如下。

(1)回歸氣象要素選擇與處理。根據(jù)電線積冰觀測(cè)站電線積冰日當(dāng)日的日平均氣溫、相對(duì)濕度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)已記錄的日期進(jìn)行篩選，通過(guò)篩選的日期為電線積冰日。選擇并處理電線積冰日當(dāng)日和前1日、前2日的氣象要素，氣象要素應(yīng)根據(jù)實(shí)地情況選擇，且氣象要素應(yīng)為日值觀測(cè)記錄，并根據(jù)回歸區(qū)域劃分情況分別歸類。

利用式(1)或式(2)對(duì)氣象臺(tái)站的觀冰數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)冰厚轉(zhuǎn)化，根據(jù)式(3)和式(4)進(jìn)行高度修正和線徑修正，將冰厚統(tǒng)一修正為離地10 m，直徑為26.8 mm導(dǎo)線的覆冰冰厚。

(2)建立回歸方程。根據(jù)多元逐步回歸方法，使用SPSS或者M(jìn)atlab等軟件，進(jìn)行逐步回歸分析，建立標(biāo)準(zhǔn)冰厚與高影響氣象因子的回歸方程。回歸方程宜通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，以確保方程可以收斂。

(3)非電線積冰觀測(cè)站標(biāo)準(zhǔn)冰厚歷史覆冰序列回算。根據(jù)非電線積冰觀測(cè)站天氣現(xiàn)象觀測(cè)記錄，選取具有雨凇和霧凇天氣現(xiàn)象的觀測(cè)，記錄以上天氣現(xiàn)象對(duì)應(yīng)日期。

將電線積冰日和前1日、前2日的高影響氣象因子提取出，并代入步驟(2)中得到的氣象因子回歸方程，計(jì)算不同區(qū)域的非電線積冰觀測(cè)站每個(gè)結(jié)冰日的標(biāo)準(zhǔn)冰厚擬合值，形成非電線積冰觀測(cè)站歷史覆冰序列。

(4)冰區(qū)分級(jí)確定。將修正后的冰厚數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，根據(jù)式(5)所示的極值Ⅰ型分布計(jì)算不同重現(xiàn)期的冰厚。結(jié)合表1中的標(biāo)準(zhǔn)，即可確定相應(yīng)站點(diǎn)冰區(qū)分級(jí)。

5 局地地形－氣象影響覆冰等級(jí)模型法

采用局地地形-氣象影響覆冰等級(jí)模型法進(jìn)行冰區(qū)分級(jí)時(shí)，應(yīng)首先利用氣象和覆冰觀測(cè)數(shù)據(jù)建立局地微地形微氣象影響覆冰等級(jí)的關(guān)系模型。該模型是一種基于局地氣象要素和地形因子的經(jīng)驗(yàn)-統(tǒng)計(jì)關(guān)系模型。其次，利用地理信息數(shù)據(jù)和多源氣象數(shù)據(jù)(臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)、自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感資料等)，通過(guò)降尺度技術(shù)，獲得2.5 km高分辨率地形和氣象要素?cái)?shù)據(jù)。第三，選擇零度層高度作為覆冰參考起點(diǎn)，在參考起點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行地形和氣象要素訂正。地形訂正主要考慮高程、坡向、坡度、特殊地形、地表覆被等方面，而氣象要素訂正主要考慮溫度、風(fēng)速、濕度、降水等主要影響覆冰的因子，最終得到劃分的覆冰等級(jí)。應(yīng)用局地地形-氣象影響覆冰等級(jí)模型法進(jìn)行冰區(qū)分級(jí)的具體步驟如下所述。

(1)研究區(qū)域劃分。結(jié)合研究區(qū)域地形特征、山脈走向和氣候差異，以及大范圍區(qū)域的覆冰分布差異性，進(jìn)行研究區(qū)域的劃分。

(2)數(shù)據(jù)處理與準(zhǔn)備。數(shù)據(jù)處理與準(zhǔn)備部分主要包括2個(gè)方面:第1，現(xiàn)有高分辨率地形數(shù)據(jù)的抽取以及特殊地形的劃分;第2，站點(diǎn)資料的精細(xì)化處理。將處理好的地理信息和氣象要素?cái)?shù)據(jù)運(yùn)用劃分的研究區(qū)域矢量化數(shù)據(jù)，進(jìn)行裁剪，得到不同分區(qū)的地形數(shù)據(jù)、氣象要素?cái)?shù)據(jù)。

1)地形數(shù)據(jù)處理。選用高分辨率的海拔高程數(shù)據(jù)(30 m或90 m)，運(yùn)用當(dāng)前較為成熟的地理信息系統(tǒng)軟件，提取所需分辨率的研究區(qū)域的格點(diǎn)地理信息資料(高程、坡度、坡向)，并根據(jù)地形信息，定義特殊地形(如埡口等)。

2)氣象數(shù)據(jù)降尺度技術(shù)。為了保證氣象數(shù)據(jù)資料格點(diǎn)精細(xì)化的準(zhǔn)確程度，充分利用研究區(qū)域內(nèi)氣象站點(diǎn)觀測(cè)、自動(dòng)站觀測(cè)和衛(wèi)星遙感資料，比較不同插值方法在研究區(qū)域的適用性，選取合適的插值方法。結(jié)合地理信息系統(tǒng)軟件，考慮地形因子對(duì)氣象要素的影響，利用ArcGIS等相關(guān)軟件的統(tǒng)計(jì)分析方法，選取合適的表面預(yù)測(cè)模型，并進(jìn)行模型檢驗(yàn)與對(duì)比。運(yùn)用選定模型進(jìn)行不同氣象要素的插值，得到所需分辨率的氣象要素格點(diǎn)數(shù)據(jù)集。

(3)覆冰等級(jí)模型建立。結(jié)合研究區(qū)域劃分結(jié)果，在不同研究區(qū)域建立相應(yīng)的覆冰等級(jí)模型?；诓煌謪^(qū)的地形數(shù)據(jù)、氣象要素?cái)?shù)據(jù)，確定覆冰參考起點(diǎn)以及不同區(qū)域、不同地形、不同氣象要素下的經(jīng)驗(yàn)訂正系數(shù)，建立基于統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的覆冰等級(jí)模型。訂正系數(shù)包括覆冰隨高度變化系數(shù)、覆冰隨坡度坡向變化系數(shù)、覆冰與特殊地形(如埡口等)的相關(guān)系數(shù)、覆冰隨氣象因子變化的相關(guān)系數(shù)。系數(shù)的確定方法需要通過(guò)覆冰觀測(cè)與地形、氣象因子的分析來(lái)確定。

(4)冰區(qū)分級(jí)確定。利用特定點(diǎn)的地理信息、氣象要素?cái)?shù)據(jù)，選擇零度層高度作為覆冰參考起點(diǎn)(如四川省，應(yīng)用零度層高度數(shù)據(jù)，零度層高度緩坡、北向、區(qū)域平均極低氣溫、降水、濕度、風(fēng)速處參考覆冰厚度的設(shè)定值取10 mm)，運(yùn)用建立的覆冰等級(jí)模型，計(jì)算得到特定點(diǎn)的覆冰等級(jí)結(jié)果，并根據(jù)表1中的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行冰區(qū)分級(jí)。

6 各種電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)方法比較

根據(jù)覆冰數(shù)據(jù)的積累等因素可選取不同的電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)方法。各種冰區(qū)分級(jí)方法的特點(diǎn)列于表2。本文介紹的前4種電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)方法僅針對(duì)數(shù)據(jù)獲取點(diǎn)進(jìn)行冰區(qū)分級(jí)，局地地形-氣象影響覆冰等級(jí)模型法則進(jìn)行了格點(diǎn)資料精細(xì)化處理，考慮了除氣象站點(diǎn)外的其他區(qū)域的覆冰特性。當(dāng)繪制電網(wǎng)冰區(qū)分布圖［10-11］時(shí)，需要確定其他非覆冰觀測(cè)或非調(diào)查點(diǎn)的冰區(qū)分級(jí)。在上述情況下，應(yīng)考慮微地形微氣象［12］和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)［10］，對(duì)非覆冰觀測(cè)或非調(diào)查點(diǎn)的冰區(qū)分級(jí)進(jìn)行修訂。例如，國(guó)網(wǎng)湖南、湖北和四川電力分別采用覆冰數(shù)據(jù)法、氣象參量回歸法和局地地形-氣象影響等級(jí)模型法繪制了電網(wǎng)冰區(qū)分布圖。

7 結(jié)語(yǔ)

正確合理的冰區(qū)分級(jí)對(duì)增強(qiáng)電網(wǎng)抵御覆冰災(zāi)害的能力以及合理的降低工程造價(jià)具有舉足輕重的作用。為此，本文深入討論了經(jīng)驗(yàn)調(diào)查法、覆冰數(shù)據(jù)法、CRREL模型法、氣象參量回歸法和局地地形-氣象影響覆冰模型法共5種電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)方法以及各個(gè)方法的特點(diǎn)。在實(shí)際運(yùn)用中，可根據(jù)掌握的覆冰數(shù)據(jù)情況，合理選用冰區(qū)分級(jí)方法。也可以綜合運(yùn)用多種冰區(qū)分級(jí)方法，對(duì)冰區(qū)分級(jí)結(jié)果進(jìn)行相互驗(yàn)證，提高電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)的客觀性和合理性。通過(guò)研究電網(wǎng)冰區(qū)分級(jí)方法，明確了各種分級(jí)方法的適用性及使用特點(diǎn)，對(duì)深入掌握輸電線路覆冰特性，提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平等具有重要的意義。

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(編輯:劉文瑩)

Classification Method of Icing Area in Power Grid

YANG Jialun1，ZHU Kuanjun1，LIU Bin1，LI Xingyu2，CHEN Quanliang3，SI Jiajun1
(1.China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China; 2.Institute of Atmospheric Physics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China; 3.Chengdu University of Information Technology，Chengdu 610225，China)

The classification of icing areas is one of the critical steps of the power grid construction.If the design ice thickness is underestimated，power transmission lines may not be able to withstand the influence of accreted ice，which might result in transmission line breaking or even tower collapse.On the other hand，if the design ice thickness is overestimated，the cost of construction，maintenance，and reconstruction may be increased to result in resources waste.With the aim of reasonable classification of icing area for power grid，five classification methods were discussed，including method of experience investigation，method of icing data，method of CRREL model，stepwise regression method of meteorological parameters，and model method of local topology-meteorology influence on icing classification.Finally，the classification steps and application features were discussed.

transmission line;classification of icing areas;method of experience investigation;method of icing data; method of CRREL model;stepwise regression method of meteorological parameters;model method of local topologymeteorology influence on icing classification

TM 726

A

1000－7229(2014)01－0019－05

10.3969/j.issn.1000－7229.2014.01.004［HT］

國(guó)家自然科學(xué)基金(51305411，51008288)。

2013-08-22

2013-09-17

楊加倫(1981)，男，博士，工程師，主要研究方向?yàn)榧芸蛰旊娋€路覆冰及振動(dòng)問(wèn)題，E-mail:yangjialun@epri.sgcc.com.cn，jialunyang@ gmail.com;

朱寬軍(1969)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)檩斪冸姽こ塘W(xué)，重點(diǎn)從事架空導(dǎo)線振動(dòng)、舞動(dòng)及覆冰等問(wèn)題的研究，E-mail: zhukuanjun@epri.sgcc.com.cn;

劉彬(1978)，男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榧芸蛰旊娋€路振動(dòng)、舞動(dòng)問(wèn)題，E-mail:liub1@epri.sgcc.com.cn;

李興宇(1978)，男，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樵平邓锢砟M、云水資源變化和大氣結(jié)冰機(jī)理研究，E-mail:lxy@mail.iap.ac.cn;

陳權(quán)亮(1979)，男，教授，主要研究方向?yàn)闅庀鬄?zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警，E-mail:chenql@cuit.edu.cn;

司佳鈞(1983)，男，助理工程師，主要研究方向?yàn)榧芸蛰旊娋€路振動(dòng)、舞動(dòng)問(wèn)題，E-mail:sijiajun@epri.sgcc.com.cn。